生物炭配施木霉菌劑對大豆根際土壤養分含量、酶活性及大豆農藝性狀的影響

中圖分類號：S565.1 文獻標識碼：A 文章編號： 1000-4440（2025）06-1136-11

Abstract：Thecontinuous cropping patern of soybeans can lead to the deterioration of soil physical and chemical propertiesandadecrease insoil enzyme activity.Toalleviate thecontinuous cropping obstacleandenhance soybeanproductivity，inthisstudy，biocharandTrichodermainoculantswereappliedtothesoil，andtheeffectsonthenutrientsandenzymeactivitiesof soybean rhizosphere soilaswellasthe agronomic traitsof soybeans were explored.Theresearchresults showed thatthe treatmentofbiochar combined with the Trichoderma harzianum inoculantandthetreatmentofbiochar combinedwiththeTrichodermavirideinoculantsignificantlyincreasedthecontentsofavailablepotassum，alkali-hydrolyzable nitrogenandavailable phosphorus intherhizospheresoil，aswellastheactivitiesof urease，sucrase，catalaseandacid

phosphatase.Their effects on soil improvement and the promotion of soybean growth were generally better than those of the treatments of applying biochar alone，applying the Trichoderma harzianum inoculant alone，and applying theTrichodermavirideinoculantalone.Theresultsofredundancy analysis and correlation analysis revealed that thecontents of available potassium and alkali-hydrolyzable

nitrogen，aswell astheactivitiesofurease，sucrase，andcatalase，weresignificantlypositivelycorelatedwith theagro nomictraitsofsoybeans，andtheywerethekeysoilfactorsaffectingtheagronomictraitsofsoybeans.Thisstudyprovidesan ecological regulation measure for improving continuously cropped soil and enhancing soybean productivity.

Key words：soybean；continuous croppng obstacles；biochar； Trichoderma inoculant；soil nutrients；soil enzyme activity；agronomic traits

東北地區是中國大豆的主要產區，其大豆種植面積占全國大豆種植總面積的 52.2% 。然而，受限于耕地面積和氣候等因素，東北大豆產區長期采用連作或玉米-大豆輪作種植模式[1]。大豆對連作種植極為敏感，一方面，連作會導致土壤理化性質惡化、土壤酶活性降低；另一方面，連作模式下，病原菌在大豆根際土壤中逐年累積，根腐病、菌核病和莖基腐病的發生風險增加，進而抑制大豆生長發育，造成減產[2-4]。相比之下，輪作種植模式能有效改善土壤環境，但由于其周期較長，難以滿足市場需求。

微生物菌劑的施用是綠色可持續農業的新措施，能夠有效調控土壤微生物群落、增強養分循環并促進植物生長[5]。木霉（Trichoderma）是一類有益微生物，能夠活化難溶性磷和鉀，分泌吲哚乙酸和嗜鐵素，拮抗病原菌，同時還能提高土壤酶活性[6-7]然而，在實際生產中，受施用方法和外界環境的影響，木霉菌劑施用效果不穩定，因此提高木霉在土壤中的定殖能力及施用效果具有重要意義[8]。生物炭具有結構穩定、孔隙度高、比表面積大等特點，它不僅能固持土壤養分和水分，改善土壤容重和團粒結構，還可為微生物提供生存空間。已有研究結果表明，生物炭能夠改善大豆根際土壤養分狀況，促進大豆根系生長[9]

目前，緩解連作障礙的主要措施包括間作復合種植、施用土壤改良劑和微生物菌劑等[10]，但關于土壤改良劑和微生物菌劑復配施用的研究較少。因此，本研究擬選用哈茨木霉（Trichodermaharzianum）菌劑和綠色木霉（Trichodermaviride）]菌劑2種木霉菌劑分別與生物炭復配施用，分析其在輪作和連作條件下對大豆根際土壤理化性質、酶活性及大豆農藝性狀的影響，以期為緩解大豆連作障礙和提高大豆產量提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試菌株：哈茨木霉（Trichodermaharzianum）由農業大學資源與環境學院實驗室分離保存。綠色木霉（Trichodermaviride，菌株編號13002）購自中國科學院微生物研究所。兩株菌株均具有溶磷、解鉀、分泌吲哚乙酸和鐵載體以及拮抗病原菌等特性。

供試菌劑制備：將生物炭粉碎過 0.22mm 篩網，活化后的哈茨木霉（Trichodermaharzianum）和綠色木霉（Trichodermaviride）分別接種至含 1% 生物炭的PDA液體培養基中，于 28°C.180r/min 條件下培養3d。以 10000r/min 離心菌液 10min 后，收集菌體，無菌水洗滌10次，采用血細胞計數法計算活菌數。

供試土壤取自農業大學大豆-玉米輪作試驗基地，前茬作物分別為玉米與大豆，分別對應輪作模式和連作模式。玉米前茬土壤理化性質如下：有機質含量 29.74g/kg 、速效磷含量 34.86mg/kg 堿解氮含量 136.74mg/kg 、速效鉀含量 129.1mg/kg 、pH 值5.82。大豆前茬土壤理化性質：有機質含量39.6g/kg 、速效磷含量 28.74mg/kg 、堿解氮含量139.82mg/kg 、速效鉀含量 124.5mg/kg，pH 值5.57。供試大豆品種為吉育47，前茬玉米和前茬大豆分別對應輪作和連作兩種種植模式。生物炭由玉米秸稈高溫 500°C 熱解制備，生物炭粒徑 0.28～ 0.31cm ;全碳含量 744g/kg ，全氮含量 5.2g/kg ，全鉀含量 17.22g/kg，pH 值7.92。

1.2試驗設計

采用盆栽試驗，所用王壤為玉米前茬王壤或大豆前茬土壤，每盆種植4株大豆。肥料與生物炭均于種植前作為基肥施入，出苗7d后，用 20ml 菌劑（活菌數 ?1×10⁹ CFU/mL）對大豆進行灌根，其他管理同田間一致。肥料施用量為 （NH₄）₂HPO₄ 2 ？55.55kg/hm² K₂SO₄ 66kg/hm² ，生物炭施用量為4500kg/hm² 。

試驗設6個處理，分別為不施生物炭和木霉菌劑對照（CK）、施用生物炭處理（B）、施用哈茨木霉菌劑（Trichodermaharzianum）處理（TH）施用綠色木霉菌劑13002（Trichodermaviride）處理（TV）、施用生物炭 + 哈茨木霉菌劑（Trichodermaharzianum）處理（THB）施用生物炭 + 綠色木霉菌劑（Trichodermaviride）處理（TVB）。

1.3 測定指標與方法

土壤樣品分別于大豆盛花期、結莢期、鼓粒期和成熟期采集。參照鮑士旦[1]的方法測定土壤有機質含量（重鉻酸鉀外加熱法）、土壤速效磷含量（0.5mol/L NaHCO₃ 浸提-鉬銻抗比色法）、土壤速效鉀含量（ NH₄OAc 浸提-火焰光度法）、土壤堿解氮含量（堿解擴散法）。參照關松蔭的方法測定土壤蔗糖酶活性（3，5-二硝基水楊酸比色法）、土壤脲酶活性（苯酚鈉-次氯酸鈉比色法）、土壤過氧化氫酶活性（高錳酸鉀滴定法）、土壤酸性磷酸酶活性（磷酸苯二鈉比色法）。

植株性狀測定：分別在大豆盛花期、結莢期、鼓粒期、成熟期采集大豆植株樣品，測定大豆植株株高、莖粗、根長。

1.4數據統計與分析

采用Excel2019整理數據，采用SPSS25進行

單因素方差分析，采用Canoco5.0進行冗余分析（RDA）。

2 結果與分析

2.1生物炭配施木霉菌劑對大豆根際土壤養分含量的影響

2.1.1 生物炭配施木霉菌劑對土壤堿解氮含量的影響如表1所示，總體來看，鼓粒期土壤堿解氮含量最高，結莢期土壤堿解氮含量最低。輪作模式下，在盛花期、結莢期和成熟期，TVB處理和THB處理土壤堿解氮含量顯著高于 CK，B 處理、TH處理、TV處理（ Plt;0.05） ;在鼓粒期，THB處理土壤堿解氮含量顯著高于CK、B處理、TH處理、TV處理和TVB處理（ Plt;0.05） 。連作模式下，在盛花期，TVB處理土壤堿解氮含量顯著高于CK、B處理、TH處理、TV處理和THB處理（ Plt;0.05 ）；在結莢期和鼓粒期，THB處理和TVB處理土壤堿解氮含量顯著高于CK、B處理、TH處理、TV處理（ Plt;0.05 。

2.1.2生物炭配施木霉菌劑對土壤速效鉀含量的影響如表2所示，輪作模式下，在盛花期和成熟期，THB處理土壤速效鉀含量顯著高于CK、B處理、TH處理、TV處理和TVB處理（ Plt;0.05， ；在結莢期，THB處理土壤速效鉀含量顯著高于CK、B處理、TH處理、TV處理（ Plt;0.05， ；在鼓粒期，TVB處理土壤速效鉀含量顯著高于CK、B處理、TH處理、TV處理（ Plt;0.05） 。連作模式下，在盛花期、結莢期和鼓粒期，THB處理土壤速效鉀含量顯著高于CK、B處理、TH處理、TV處理和TVB處理（ Plt;0.05 ；在成熟期，THB處理和TVB處理土壤速效鉀含量顯著高于CK、B處理、TH處理、TV處理（ Plt;0.05） 。

2.1.3生物炭配施木霉菌劑對土壤速效磷含量的影響如表3所示，在大豆的整個生育期，結莢期土壤速效磷含量最高。輪作模式下，在盛花期和成熟期，TVB處理土壤速效磷含量顯著高于CK、B處理、TH處理、TV處理（ Plt;0.05） ；在結莢期，THB處理和TVB處理土壤速效磷含量顯著高于CK、B處理、TH處理、TV處理（ Plt;0.05） ；在鼓粒期，THB處理土壤速效磷含量顯著高于CK、B處理、TH處理、TV處理（ Plt;0.05）。連作模式下，在盛花期和鼓粒期，THB處理和TVB處理土壤速效磷含量顯著高于CK、B處理、TH處理（ Plt;0.05） ；在結莢期，THB處理和TVB處理土壤速效磷含量顯著高于CK、B處理、TH處理和TV處理（ Plt;0.05） ；在成熟期，THB處理和TVB處理土壤速效磷含量顯著高于CK處理、B處理（ Plt;0.05） ）

2.1.4生物炭配施木霉菌劑對土壤有機質含量影響如表4所示，在大豆的整個生育期，結莢期土壤有機質含量最低。輪作模式下，在盛花期、結莢期和鼓粒期，THB處理和TVB處理土壤有機質含量顯著高于CK、TH處理（ Plt;0.05） ；在成熟期，THB處理土壤有機質含量顯著高于CK、TH處理、TV處理C （Plt;0.05） 。連作模式下，在盛花期，THB處理和TVB處理土壤有機質含量顯著高于CK、B處理、TH處理和TV處理（ Plt;0.05） ；在結莢期，THB處理土壤有機質含量顯著高于 CK，TV 處理（ Plt;0.05） ；在鼓粒期，THB處理和TVB處理土壤有機質含量顯著高于CK、TH處理（ Plt;0.05， ；在成熟期，THB處理和TVB處理土壤有機質含量顯著高于CK、TH處理、TV處理（ Plt;0.05 。

2.2生物炭配施木霉菌劑對大豆根際土壤酶活性的影響

2.2.1生物炭配施木霉菌劑對土壤脲酶活性的影響如表5所示，輪作模式下，在盛花期、結莢期、鼓粒期和成熟期，TVB處理、THB處理土壤脲酶活性顯著高于CK、B處理、TH處理和TV處理（ Plt; 0.05）。連作模式下，在盛花期，THB處理土壤脲酶活性顯著高于CK、B處理、 處理、TV處理和TVB處理（ Plt;0.05 ）；在結莢期和成熟期，TVB處理和THB處理土壤脲酶活性顯著高于CK、B處理、TH處理和TV處理（ Plt;0.05 ）；在鼓粒期，TVB處理和THB處理土壤脲酶活性顯著高于TV處理（ Plt; 0.05）。

2.2.2生物炭配施木霉菌劑對土壤過氧化氫酶活性的影響如表6所示，輪作模式下，在盛花期和結莢期，TVB處理、THB處理土壤過氧化氫酶活性顯著高于CK、B處理、TH處理和TV處理（ Plt;0.05） ；在鼓粒期，THB處理土壤過氧化氫酶活性顯著高于CK、B處理、TH處理、TV處理和TVB處理（ Plt; 0.05）;在成熟期，TVB處理土壤過氧化氫酶活性顯著高于CK、B處理、TH處理和TV處理（ Plt;0.05） 0連作模式下，在盛花期和成熟期，TVB處理、THB處理土壤過氧化氫酶活性顯著高于CK、B處理、TH處理和TV處理（ Plt;0.05） ；在結莢期，TVB處理土壤過氧化氫酶活性顯著高于CK、B處理、TH處理和TV處理（ Plt;0.05） ；在鼓粒期時，THB處理土壤過氧化氫酶活性顯著高于CK、B處理、TH處理、TV處理和TVB處理（ Plt;0.05 。

2.2.3生物炭配施木霉菌劑對土壤酸性磷酸酶活性的影響如表7所示，輪作模式下，在盛花期，THB處理土壤酸性磷酸酶活性顯著高于CK、B處理、TH處理、TV處理和TVB處理（ Plt;0.05 ；在結莢期，THB處理和TVB處理土壤酸性磷酸酶活性顯著高于CK、B處理、TH處理和TV處理（ Plt;0.05） ;在鼓粒期，THB處理和TVB處理土壤酸性磷酸酶活性顯著高于CK、B處理和TV處理（ Plt;0.05 ；在成熟期，TVB處理土壤酸性磷酸酶活性顯著高于CK、B處理、TH處理、TV處理（ Plt;0.05） 。連作模式下，在盛花期時，THB處理土壤酸性磷酸酶活性顯著高于CK、B處理、TH處理、TV處理和TVB處理（ Plt;

0.05）；在結莢期，THB處理土壤酸性磷酸酶活性顯著高于CK、B處理、TV處理和TVB處理（ （Plt;0.05） ;在鼓粒期時，THB處理土壤酸性磷酸酶活性顯著高于CK、B處理、TV處理 Plt;0.05 ）；在成熟期，THB處理和TVB處理土壤酸性磷酸酶活性顯著高于CK（Plt;0.05） 。

2.2.4生物炭配施木霉菌劑對土壤蔗糖酶活性的影響如表8所示，結莢期土壤蔗糖酶活性最低，鼓粒期土壤蔗糖酶活性最高。輪作模式下，在盛花期，TVB處理土壤蔗糖酶活性顯著高于CK和B處理；在結莢期，THB處理土壤蔗糖酶活性顯著高于CK、B處理、TH處理、TV處理和TVB處理（ Plt;0.05， ；在鼓粒期，THB處理和TVB處理土壤蔗糖酶活性顯著高于CK、TH處理和TV處理（ Plt;0.05） ；在成熟期，TVB處理和THB處理王壤蔗糖酶活性顯著高于CK、B處理（Plt;0.05） 。連作模式下，在盛花期，TVB處理土壤蔗糖酶活性顯著高于CK、B處理（ Plt;0.05 ；在鼓粒期，

THB處理土壤蔗糖酶活性顯著高于CK、B處理；在成熟期，TVB處理和THB處理土壤蔗糖酶活性顯著高于CK、B處理和TV處理（ Plt;0.05） ）

2.3生物炭配施木霉菌劑對大豆農藝性狀的影響

如表9所示，輪作模式下，在盛花期，THB處理大豆莖粗顯著高于CK和TH處理 （Plt;0.05） 。連作模式下，在盛花期，TVB處理、THB處理大豆莖粗顯著高于CK（ Plt;0.05 ；在結莢期，TVB處理、THB處理大豆莖粗顯著高于CK、TH處理和TV處理（ Plt; 0.05）；在鼓粒期和成熟期，TVB處理、THB大豆莖粗顯著高于CK、B處理、TH處理和TV處理（ Plt;0.05 ）。

如表10所示，輪作模式下，在結莢期，TVB處理大豆株高顯著高于CK、B處理、TH處理、TV處理和THB處理（ Plt;0.05. ）；在鼓粒期和成熟期，THB處理、TVB處理大豆株高顯著高于CK、B處理、TH處理、TV處理（ Plt;0.05 ）。連作模式下，在盛花期，

THB處理大豆株高顯著高于CK（ Plt;0.05， ；在結莢期和鼓粒期，TVB處理、THB處理大豆株高顯著高于CK、B處理、TH處理和TV處理（ Plt;0.05） ；在成熟期，THB處理大豆株高顯著高于CK、B處理、TH處理、TV處理和TVB處理（ Plt;0.05） 。

如表11所示，輪作模式下，在鼓粒期，THB處理大豆根長顯著高于CK、B處理、TH處理、TV處理（ Plt; 0.05）；在成熟期，THB處理大豆根長顯著高于CK、B處理、TH處理、TV處理和TVB處理 （Plt;0.05） 。連作模式下，在鼓粒期和成熟期，TVB處理、THB處理大豆根長顯著高于CK、B處理、TH處理和TV處理（ Plt;0.05 ）

2.4大豆農藝性狀與各土壤因子的相關性

冗余分析揭示了土壤因子對大豆農藝性狀的影響。如圖1所示，在輪作模式中，第一主軸（RDA1）和第二主軸（RDA2）的累計解釋量分別為 68.02% 和 2.88% 。其中，速效鉀含量（解釋度 21.20% ）、堿解氮含量（解釋度 28.50% ）和脲酶活性（解釋度16.30% ）對大豆農藝性狀的影響最為顯著。而在連作模式中，第一主軸（RDA1）的累計解釋量為43.14% ，第二主軸（RDA2）的累計解釋量僅為0. 64% 。其中蔗糖酶活性（解釋度 26.20% ）、過氧化氫酶活性（解釋度 9.20% ）和腺酶活性（解釋度2.40% ）對大豆農藝性狀的影響最為顯著。

相關性分析結果表明，在輪作模式下，根長和株高分別與速效鉀含量和堿解氮含量顯著正相關（ Plt; 0.05）；而在連作模式下，株高、根長和莖粗均與蔗糖酶活性顯著正相關（ Plt;0.05 ）。綜上，速效鉀含量、堿解氮含量、脲酶活性、蔗糖酶活性和過氧化氫酶活性是影響大豆農藝性狀的關鍵土壤因子。

3討論

3.1生物炭配施木霉菌劑對大豆根際土壤養分含量的影響

土壤速效養分能被植物體直接或短期內吸收利用，其含量是反映土壤養分供應能力的重要指標[13-18]。本研究結果表明，生物炭與木霉菌劑協同施用顯著提高了輪作和連作模式下大豆根際土壤的養分含量。這可能是因為木霉通過分泌有機酸和酶類促進難溶性養分的活化[]；生物炭的多孔結構增強了養分吸附能力，減少淋溶損失[20；生物炭為木霉提供了理想的定殖微環境，二者協同促進養分循環[21-22]

3.2生物炭配施木霉菌劑對大豆根際土壤酶活性的影響

土壤酶系統是土壤生態系統的重要組成部分，其活性水平能夠綜合反映土壤養分轉化效率和微生物代謝活性[23-24]。脲酶能夠催化土壤中酰胺類化合物的水解，促進有機氮向無機氮轉化[25-26]；過氧化氫酶通過分解 H₂O₂ 減輕氧化脅迫[27-28];酸性磷酸酶催化土壤中有機磷轉化為無機磷[29]；蔗糖酶則介導碳代謝過程，催化土壤中蔗糖轉化為植物體易吸收的糖原[30-31]。Mao 等[32]發現，連作模式下，與未接種木霉菌劑相比，接種木霉菌劑的辣椒根際土壤脲酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶活性分別提升 9.04%.4.42%.29.02%.9.35% 。Liu等[33]發現，施用哈茨木霉菌劑能夠顯著提高蔗糖酶和過氧化氫酶活性，降低脲酶活性。王文慧等[34]發現，生物炭的施用能夠提升大豆根際土壤酶活性。本研究發現，在輪作、連作模式下，生物炭配施木霉菌劑可以顯著提高土壤脲酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性，這可能是因為生物炭的多孔結構為酶促反應提供了空間[35]；并且木霉的定殖改變了根際微生物群落結構，刺激了微生物胞外酶分泌，進一步增強了土壤酶活性。

3.3生物炭配施木霉菌劑對大豆農藝性狀的影響

株高、莖粗、根長等是反映作物生長狀況的重要農藝性狀[36]。楊杉杉等[37]發現，接種菌劑能夠促進小麥生長發育。王麗麗等[38]發現，施用微生物菌肥能夠提高番茄株高和莖粗，提高番茄養分吸收效率。本研究中，連作、輪作模式下，生物炭配施木霉菌劑可以顯著提高大豆株高、莖粗、根長。冗余分析結果進一步證實，有效鉀含量、堿解氮含量、脲酶活性、蔗糖酶活性和過氧化氫酶活性是影響大豆農藝性狀的關鍵土壤因子。表明生物炭配施木霉菌劑可以促進根際土壤中酶活性的提升，提高土壤中養分含量，從而促進大豆的生長發育。

4結論

本研究發現，生物炭配施哈茨木霉菌劑處理和生物炭配施綠色木霉菌劑處理顯著提高根際土壤養分（速效鉀、堿解氮、速效磷）含量和土壤酶（脲酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶）活性，其對土壤的改良效果和對大豆的促生效果總體上優于單一施用生物炭處理、哈茨木霉菌劑處理、綠色木霉菌劑處理。表明生物炭配施木霉菌劑能有效緩解大豆連作導致的土壤障礙問題。冗余分析和相關性分析結果表明，速效鉀含量、堿解氮含量、脲酶活性、蔗糖酶活性和過氧化氫酶活性是影響大豆農藝性狀的關鍵土壤因子。綜上，生物炭與木霉菌劑聯合施用是一種有效改良連作土壤，提升大豆生產力的生態調控措施。

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（責任編輯：成紓寒）